站控天然气管道SCADA系统的改进设计及应用

摘要

随着经济发展和对环境的重视,天然气已被广泛的应用。天然气的优质、清洁的优点,得到了广泛的好评。天然气是广泛用于民用燃气、石油加工、汽车、机器制造等各行各业的燃料,这进一步发展了天然气管道的事业。以工业计算机为核心的监视控制与数据采集系统即SCADA(SupervisoryControlandDataAcquision)系统,已成为管道系统管理和控制的标准化设施。SCADA系统实时可靠的采集能力和远程控制能力,将实时监控与信息系统相融合,自动快速统计分析,优化运行,实现了管道低成本,高效益的目标。中国天然气技术虽然发展较晚,但发展较为迅速,这几年建成的陕京输气管道,西气东输管道等重要的天然气长输管道,采用国内和国外联合的方式,设计了具有高水平的SCADA系统,为国家在天然气管道这一领域奠定了基础。在输气管道的建设中,SCADA系统已逐步成为标准化设施。压气站、计量站、调压站、清管站等均有SCADA系统实施遥控。本文通过现场工艺及软硬件搭建等相关项目,对SCADA系统进行优化改进。并且对此系统体系结构、基本功能及设计方式进行研究,完成管道输送工艺过程的数据采集、监视控制、调度等任务。总结实践经验,本文首次将冗余方案的可靠性数学模型融入到站控系统设计中,并阐述了实现方式。通过对影响管道系统运行工况的关键问题进行了分析,有利于现场参数调节。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 前期工程概述和投产情况存在的问题

1.3 课题研究内容和意义

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究的意义

1.4 论文结构安排

2 天然气管道 SCADA 系统的组成及原理

2.1 天然气管道 SCADA 系统的总体组成

2.2 调度控制中心配置和工作原理

2.2.1 调度控制中心配置

2.2.2 调度控制中心基本工作原理

2.2.3 备用调度控制中心配置及功能

2.3 站控系统配置和工作原理

2.3.1 SCS 的硬件/软件配置

2.3.2 SCS 的工作原理

2.4 输气管道通信系统

2.5 输气站的工艺流程

2.5.1 确定工艺流程的原则

2.5.2 压气站工艺流程

2.5.3 压气分输站工艺流程

2.5.4 中间分输站工艺流程

3 冗余算法研究

3.1 可靠性数学模型

3.1.1 可靠性分析的基本概念

3.1.2 串联系统的可靠性模型

3.1.3 并联系统的可靠性模型

3.1.4 串、并联混合系统可靠性模型

3.2 冗余设计方式

4 参数算法设定及输气管道工况分析

4.1 压气站超压安全保护系统

4.2 压气站超温安全保护系统

4.3 输气管和压气站联合工作模型

4.4 压气站停运对输气工况的影响

4.4.1 停运站站前第 k 站进、出站压力变化

4.4.2 停运站站后第 k 站进、出站压力变化

4.5 压气站站场压力损失

5 SCADA 站控系统改进设计

5.1 赫斯曼工业以太网交换机及冗余配置

5.2 CISCO 路由器及典型场站路由器冗余配置

5.3 HMI 系统

5.3.1 客户端/服务器功能

5.3.2 HMI

5.4 服务器冗余配置

5.4.1 冗余配置

5.4.2 IEC 通讯点表配置

5.4.3 Moxa 与 HS 通讯配置

5.5 PLC 系统改进

5.5.1 PLC 硬件冗余配置改进

5.5.2 PLC 控制程序设计

5.5.3 自控逻辑图设计

5.5.4 程序编制

5.6 站场 PLC 接线

5.6.1 接线原理图

5.6.2 I/O 模块接线原理图

5.7 ESD 系统改进

5.7.1 Safety Manager 硬件系统

5.7.2 ESD 组态

5.7.3 前期 ESD 系统存在的不足

5.7.4 ESD 连锁控制系统改进

6 应用分析与总结

6.1 应用实例与数据分析

6.2 总结与展望

参考文献

附图 1 典型压气分输站

附图 2 典型分输站

附图 3 部分程序

附图 4 控制阀门基本原理图

作者简历

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